臺山電廠2號機組啟動汽輪機高缸脹差大的原因分析

【摘要】我廠2號機組本次機組啟動高壓缸的脹差偏大，通過熱控測量原理和機組運行工況的分析、論證，得出導致脹差增大的原因是再熱器溫度升高導致。

【關鍵詞】汽輪機；汽缸；轉子；脹差；再熱器

我廠2號機組為600MW汽輪機為上海汽輪機有限公司（按照美國西屋技術）生產的亞臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機。汽輪機的型號是N600-16.7/537/537，最大功率663MW（VWO工況），具有較好的熱負荷和變負荷適應性，機組整個通流部分共58級葉片，其中高壓缸1+11級，中壓缸2×9級，低壓缸2×（2×7）級。高壓缸為雙層缸結構，中壓缸為雙層缸雙流對稱結構，兩個低壓缸結構相同，均為雙層內缸加一外缸的三層缸結構，分流布置。

一、脹差測量原理

在汽輪機運行過程中，使轉子與汽缸保持大致相同的軸向熱脹速率是極其重要的。在機組啟、停機及運行過程中，由于汽輪機轉子與汽缸的質量、熱膨脹系數和熱耗散系數不同，轉子的溫度比軸承的溫度上升得快，如果兩者間的熱增長差超過汽輪機所允許的間隙公差，就會發生動靜部分磨擦。為防止這類故障的發生，需要安裝脹差監測探頭，以監測轉子與汽缸之間的間隙。

臺山電廠的脹差包括高壓缸和低壓缸兩部分，高壓缸的脹差是通過計算高壓缸與高壓缸內轉子軸系的膨脹差值，低壓缸是計算汽機低壓缸與發電機聯接處轉子軸系的膨脹差值。高壓缸軸系膨脹通過布置在高壓缸軸頭的二支渦流探頭測軸端法蘭與汽缸間隙得到。低壓缸軸系通過布置在汽輪機低壓缸和發電機間的軸的斜面兩側的兩支渦流探頭采用補償方式測得。

二、機組啟動操作中對脹差造成影響的因素

1.機組啟動前工況

2.機組實際沖轉參數選擇

3、軸封汽溫度情況

4.真空情況

5.高、低加投入情況

6.滑銷系運行工況

7.保溫情況

三、結合我廠實際，啟動中高壓脹差造成偏大原因分析

根據我廠實際情況，目前各類啟動工況中，低壓脹差基本不存在問題，關鍵在于對高壓脹差的控制上。（注：高缸脹差保護定值打閘小于或等于5.5mm或者大于或等于16.5mm）。

在機組冷態啟動過程中，脹差的變化和對脹差的控制大致分為以下幾個階段：汽封供汽抽真空點火階段。從汽封供汽抽真空到轉子沖轉前脹差值是一直向正方向變化的。因為在加熱或冷卻過程中，轉子溫度升高或降低的速度都要比汽缸快，相應的膨脹或收縮的速度也要比汽缸快。在投入輔汽對汽封供汽時，汽封套受熱后向兩側膨脹，對整個汽缸的膨脹影響不大。而與汽封相對應的轉子主軸段受熱后則使轉子伸長。汽封供熱對轉子伸長值的影響是由供汽溫度來決定的，但加熱時間也有影響。軸封溫度應在180-200攝氏度以內。當抽氣系統投入并開始抽真空后，如果脹差向正值變化過快，可以采取降低軸封壓力或適當提升凝汽器真空的方法，因為通過提升真空可以減少蒸汽在汽封中的滯留時間。冷態開機，汽封來汽溫度和壓力應該低一些，拉真空速度應該提升的快一點，在確保安全的前提下盡早達到沖轉的條件。

汽輪機沖沖轉前，一定要結合缸溫對沖轉參數進行選擇，尤其是汽溫不能過高，否則沖轉后，轉子迅速膨脹，導致脹差快速上升。

自汽機沖轉到汽機中速暖機之間，主汽溫度一般會有一定的上升趨勢。由于此前軸封的投入已經引起轉子一定的膨脹，而汽機沖轉期間進汽量很少，缸體相對轉子的受熱膨脹要緩慢很多，加之主汽溫度又有一定的上升，導致轉子受熱膨脹過快而缸體膨脹不足，所以自汽機中速暖機開始高壓缸差脹的上升趨勢就會變的比較快。

機組并網后，第一臺制粉系統啟動時，加煤速度可能過快，導致汽溫上升幅度增大，此時，要及時將減溫水投入備用狀態，只要機組負荷大于10%后，立即使用減溫水進行控制，煤量控制人與汽溫調節人要及時溝通，做好提前控制汽溫的準備，防止溝通不及時在汽溫出現上漲時調節滯后或蒸汽帶水的現象出現。

出現異常后所采取的控制措施及冷態啟動中差脹控制的注意事項：

1.發現汽溫度有上升，立即采取措施進行降溫。采取減少煤量、調整二次風門等手段控制鍋爐的燃燒，緩慢降低主汽溫度。同時關閉5%旁路、開啟爐后墻放水也對降低主汽溫度有一定的幫助。在機組冷態啟動過程中，應嚴格控制鍋爐的升溫、升壓速度，尤其是沖轉、中速暖機時保持主汽溫度的穩定是很重要的，投入油槍或加煤也應當慎重、平穩，盡量保持主汽溫度穩定，不能夠上升很快。在冷態啟動工況下，主汽溫度維持在340℃，高壓差脹的上升趨勢基本能夠得到有效的控制。

2.沖轉前機組真空不易過高，如果三臺真空泵運行時，可停用一臺真空泵，適當降低軸封壓力，降低機組的真空。加大通過汽輪機的蒸汽流量和放熱系數，使高壓缸有足夠多的介質流通，加強缸體的受熱，加快缸體的膨脹速度，盡量使高壓缸膨脹出來也對差脹的控制起到比較好的作用。

3.應注意冷態啟動時向軸封供汽溫度。沖轉前過早的向軸封供汽，會使上、下缸溫差、差脹增大，所以投入軸封系統運行的時間必須恰當，同時軸封汽溫度要進行適當控制，防止過高，造成轉子膨脹過快導致差脹增長過快。在啟動的整個過程中，要調整軸封汽溫度在合適范圍內，及時對減溫水調節不良進行處理，防止軸封溫度過高

4.隨機投入低壓加熱器，加大汽缸通流量，加快對汽缸的加熱，有利于控制脹差。

5.在并網后，機組進行加負荷時，啟動制粉系統的時候，在保證安全情況下盡量緩慢加煤，防止汽溫大幅長漲，結合多次的啟動經驗來看，制粉系統啟動時均出現了汽溫大幅上漲的情況，加劇了差脹的增大趨勢

從以上幾點控制脹差是我廠的基本手段，而多次啟動機組的經驗來看，如何控制再熱蒸汽溫度從而有利的控制高缸脹差是我廠最重要的手段。

四、本次啟動參數對比分析

（1）2號機組啟動過程分析

本次啟動過程中高缸脹差有2次大的突增：

①2月3日23：45-2月4日2：08這一時間段，此時參數最高值；主汽溫395度再熱汽溫385度，真空80.7Kpa）高缸脹差從11.716MM迅速上升到15.416MM，2：08分以后控制了再熱汽溫度，其開始下降到345度，真空77.7Kpa）；高缸脹差從最高15.416下降到13.934MM趨于穩定。

②2月4日，9：30，并網加初負荷暖機，高缸脹差從13.934MM迅速上升到最高15.563MM、主汽溫最高到485度、再熱汽溫最高到489度、缸脹此時為22.48mm。

根據臺山電廠歷次啟動機組的經驗來看，以及參考機組冷態啟動參數曲線（如圖1所示）對比：

2號機組的脹差和熱段再熱蒸汽溫度存在較大的不匹配，其它參數基本一致。當汽輪機進汽參數發生變化時，首先是轉子的熱狀態發生變化，汽缸的熱狀態變化要滯后于轉子一段時間，因此機組的脹差會發生變化。當汽輪機的再熱蒸汽溫度升高時，由于死點的存在，將使轉子向發電機方向膨脹；由于汽缸的死點位于兩個低壓缸之間，兩個汽缸之間是剛性連接的，只存在很少的熱傳遞，同時再熱蒸汽經過了中壓缸的做功后，其溫度已大大降低，而脹差監測探頭是安裝在汽輪機低壓缸與發電機之間，因此再熱蒸汽溫度的升高使脹差監測探頭所在汽缸的膨脹速度大大慢于轉子的膨脹速度，汽缸的膨脹程度小于轉子膨脹程度，從而導致脹差增大。在同等負荷的前提下，熱段再熱蒸汽溫度比剛投產時有所升高，而脹差正是隨著再熱蒸汽溫度的升高而增大，因此再熱蒸汽溫度的變化是導致脹差變化的直接原因。

（2）小結

此次冷態啟動對再熱蒸汽溫度控制不好，主要是在這2個階段對再熱蒸汽溫度的重視不夠，低負荷低流量下蒸汽溫度有一定的滯后性，點火后要按照冷態啟動曲線升溫升壓，而不能突升突降。要避免下次啟動機組不能再有此類情況發生，比如幾個機組重要節點的參數控制：

①規程規定60MW主蒸汽溫度330度，再熱蒸汽溫度340度，考慮此次啟動機組電氣試驗較長，參數可比一般情況稍高，但是不能太高，但此次啟動并網前再熱蒸汽溫度最高達到380度，60MW時候實際再熱蒸汽溫度最高達到435度。

②規程規定120MW主蒸汽溫度到380度，再熱蒸汽溫度340度，而實際運行中由于再熱蒸汽減溫水調整門熱工接線錯誤使運行人員沒有能及時控制住減溫水的上漲趨勢；首臺磨的啟動加煤幾分鐘后突然燃燒情況變好，主再熱蒸汽溫度都大大的偏離了冷態啟動對溫度參數控制的曲線，分別達到480度和489度，由于蒸汽溫度的波動造成了高缸脹差達到最大15.563mm。

五、后期控制措施

1.發現蒸汽汽溫度有上升，立即采取措施進行降溫。采取減少煤量、調整二次風門等手段控制鍋爐的燃燒，緩慢降低主汽溫度。同時關閉5%旁路、開啟爐后墻放水也對降低主汽溫度有一定的幫助。在機組冷態啟動過程中，應嚴格控制鍋爐的升溫、升壓速度，尤其是沖轉、中速暖機時保持主汽溫度的穩定是很重要的，投入油槍或加煤也應當慎重、平穩，盡量保持主汽溫度穩定，不能夠上升很快。在冷態啟動工況下，主汽溫度維持在340℃，高壓差脹的上升趨勢基本能夠得到有效的控制。

2.沖轉前機組真空不易過高，如果三臺真空泵運行時，可停用一臺真空泵，適當降低軸封壓力，降低機組的真空。加大通過汽輪機的蒸汽流量和放熱系數，使高壓缸有足夠多的介質流通，加強缸體的受熱，加快缸體的膨脹速度，盡量使高壓缸膨脹出來也對差脹的控制起到比較好的作用。

3.應注意冷態啟動時向軸封供汽溫度。沖轉前過早的向軸封供汽，會使上、下缸溫差、差脹增大，所以投入軸封系統運行的時間必須恰當，同時軸封汽溫度要進行適當控制，防止過高，造成轉子膨脹過快導致差脹增長過快。在啟動的整個過程中，要調整軸封汽溫度在合適范圍內，及時對減溫水調節不良進行處理，防止軸封溫度過高。

4.隨機投入低壓加熱器，加大汽缸通流量，加快對汽缸的加熱，有利于控制脹差。

5.在并網后，機組進行加負荷時，啟動制粉系統的時候，在保證安全情況下盡量緩慢加煤，防止汽溫大幅長漲，結合多次的啟動經驗來看，制粉系統啟動時均出現了汽溫大幅上漲的情況，加劇了差脹的增大趨勢。

六、結論

造成2號機組脹差增大的原因是在運行過程中熱段再熱蒸汽溫度有較大的升高，使轉子在軸向方向的膨脹程度比汽缸的膨脹程度大。因此在機組正常啟動、停機和運行過程中，合理地控制蒸汽溫升率和溫降率，維持再熱蒸汽溫度在穩定的水平上，就能將汽輪機組脹差控制在安全的范圍內。